Caracterização de plantas de cana-de-açúcar e de cana energia superexpressando o fator de transcrição ShSHN1, visando aumento de produtividade e melhoria da matéria-prima para produção de etanol 2G

• Autor(a) principal: Takahashi, Natália Gonçalves
• Data de Publicação: 2021
• Tipo de documento: Tese
• Idioma: por
• Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP
• Texto Completo: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/17/17135/tde-07022022-144004/
• topic: Biocombustíveis; Biofuel; Biomass; Biomassa; Fator de transcrição; Lignin; Lignina; Sacarificação; Saccharification; Transcription factor

O bioetanol da cana-de-açúcar apresenta-se como uma importante fonte alternativa na geração de energia quando comparado a combustíveis fósseis, principalmente por ser renovável, sustentável e eficiente. Na produção de etanol de segunda geração (E2G), a lignina, componente da biomassa lignocelulósica dificulta o acesso das enzimas ao substrato (celulose e hemicelulose) gerando baixos rendimentos de açúcares na hidrólise enzimática. Para contornar esse obstáculo, torna-se necessário modular a expressão de genes envolvidos na via de biossíntese de lignina, visando alterar sua quantidade e composição. O fator de transcrição (FT) SHINE tem se mostrado um candidato para manipulação genética, uma vez que este FT participa em diferentes rotas metabólicas. Em arroz, nosso grupo verificou que ele atua na via de biossíntese de lignina melhorando a eficiência do processo de sacarificação, além de promover maior acúmulo de biomassa. Com base nestes dados, este trabalho objetivou avaliar os efeitos causados pela superexpressão de ShSHN1 em eventos de cana-de-açúcar variedade SP80-3280 e 10 eventos elite de cana energia variedade Vx12-1744 superexpressando ShSHN1, com vistas aos parâmetros relacionados a composição de parede celular (PC): celulose, hemicelulose, lignina, pectina, além de sacarificação e razão S/G. Para cana-de-açúcar, os eventos transgênicos apresentaram um aumento no nível de expressão de ShSHN1 de até 12 vezes maior comparado ao nível de expressão do gene endógeno. A avaliação dos eventos em vaso, em casa-de-vegetação, revelou aumento de até 310% de massa seca, 130% e 120% no número de perfilhos e gemas por vaso, respectivamente. Os resultados de componentes de PC nos tecidos folha, casca, miolo revelaram amplitude de variação entre os eventos obtidos,o que possivelmente reflete o local da inserção do transgene. A modificação desses parâmetros resultou na melhoria do processo de sacarificação de até 159% em casca e até 466% em miolo em eventos específicos. Para cana energia, a avaliação dos eventos transgênicos, em campo, revelou aumento de biomassa de até 231%. A avaliação dos componentes de PC e de sacarificação, conduzida em 10 eventos elite selecionados a campo, não evidenciou modificações significativas. Estes dados somados a uma maior expressão do gene endógeno em miolo, sugerem que o FT ShSHN1 atua de forma tecido-específica em miolo, sendo este tecido muito mais abundante em cana-de-açúcar do que cana energia. Diferentemente do observado na variedade tradicional SP80-3280, houve correlação entre o aumento de pectina e melhoria da sacarificação em cana energia (evento VxSHN215), corroborando com os dados obtidos anteriormente em arroz por nosso grupo. Análise da expressão de sete genes (C4H, C3H, HCT, 4CL, F5H, COMT, CAD) envolvidos na biossíntese de lignina foi conduzida em quatro eventos da cana-de-açúcar que apresentaram modificações nos componentes de PC e na sacarificação. Foram observadas alterações na expressão dos genes C4H, 4CL, F5H, HCT E COMT, os quais variaram para mais ou para menos nos eventos transgênicos em relação ao controle evidenciando que o FT SHN em cana atua modulando a expressão desses genes. Com base nos dados aqui obtidos foi possível comprovar a atuação do SHN como regulador mestre dos componentes de PC, evidenciando seu potencial biotecnológico para aumento de produtividade e modificação da biomassa lignocelulósica para produção de etanol 2G. Ainda, as diferenças observadas nos componentes de PC dos eventos transgênicos de cana-de-açúcar e de cana energia evidenciaram a necessidade de se fazer a prova de conceito da função de um gene na espécie de origem.